在2024年MCX產品組合成功的基礎上，恩智浦發(fā)布MCX L系列超低功耗MCU。MCX L系列采用了許多與當前MCX產品組合相同的外設，其獨特之處在于創(chuàng)新的電源管理架構，支持始終保持開啟的電池供電應用。

MCX L系列帶來更低功耗的未來

MCX L系列凝聚了幾十年來在低功耗設計方面的經驗。我們將這些經驗與先進的40nm超低功耗 (ULP) 半導體工藝相結合，創(chuàng)建了一種名為自適應動態(tài)電壓控制 (ADVC) 的新IP，用于MCX L系列。

ADVC子系統(tǒng)在能源受限的應用中表現(xiàn)出色，不論電源是電池、超級電容還是電力收集電路。

低功耗設計

MCX L搭載雙域架構，在單個器件中合并了實時處理和超低功耗傳感功能。MCX L處理架構由Arm Cortex-M33實時域和Arm Cortex-M0+ ULP始終在線感測域組成。

MCX L25x的結構框圖。

實時域中的M33內核運行頻率高達96MHz，電流消耗特性為24μA/MHz。

實時內核使用SIMD DSP指令和浮點單元實現(xiàn)了Armv8-M Baseline ISA，可快速、高效地按需處理ULP域獲取的數據，以便通過有線/無線網絡傳輸或記錄到存儲機制。

M0+內核旨在用于始終在線操作，使用始終在線域中的低功耗模擬和數字外設的組合來收集傳感器數據。例如，ULP傳感子系統(tǒng)在執(zhí)行100kbit/s I2C任務時，在2MHz下運行時僅消耗14μA。提供7種低功耗模式，在最深睡眠模式下可實現(xiàn)亞μA級功耗。例如，MCX L通過按鈕喚醒時，功耗為650μA；在自主喚醒時，功耗為700μA。

電源管理功能是MCX L系統(tǒng)設計不可或缺的一部分，ADVC IP實現(xiàn)了卓越的性能。

AVDC集成到系統(tǒng)電源管理架構中

器件核心電壓 (對于40nm ULP工藝通常為0.9V) 由ADVC動態(tài)調諧。ADVC會調整系統(tǒng)工作點，以確保核心電源Vop盡可能接近內部晶體管的閾值電壓Vt。功耗隨工作電壓的變化而變化，關系為?Vop2。

將工作點降低到盡可能小的值可確保最低的動態(tài)功耗。由于平方標度定律，工作電壓的微小變化會對功耗產生顯著影響。例如，將工作電壓從0.9V降低到0.65V，MCX L的功耗將減半。

ADVC根據工藝、溫度和老化等環(huán)境條件調整工作點。嵌入式開發(fā)人員只需具備很少的領域知識，即可利用這項技術，因為ADVC和電源管理模式是通過簡單的SDK API控制的。

適用于多種應用的低功耗外設

MCX L14和L25的外設分為實時域和ULP始終在線域。每個部件的每個外設組都是為了平衡不同應用需求的性能、集成和成本而設計的。

L25系列為工業(yè)流程控制和流量計量應用帶來了關鍵功能。它的SLCD可驅動低功耗LCD，結合低功耗I2C/UART和在ULP傳感域中運行的鍵盤外設，為開發(fā)人員提供了一個靈活的平臺，用于創(chuàng)建各種計量產品。低功耗模擬和定時器外設在底層傳感技術中的使用方式非常靈活。MCX L25使儀表能夠兼容所有常見的測量拓撲，如無源電感/電容、槳式、差壓和超聲波傳感器。

工業(yè)流量計量。

雙域MCX L架構可實現(xiàn)高級計量應用/用戶界面與底層計量/數據采集之間的分離。設計人員在開發(fā)產品系列時將獲得極大的靈活性。

對于深度嵌入式工業(yè)和商業(yè)傳感應用，MCX L14可提供關鍵功能，可滿足成本、功耗、本地計算和封裝要求。L14在ADC、定時器和連接方面的功能基本相同，但不包括用于深度嵌入式傳感和控制應用的HMI功能。

MCX L14的工業(yè)應用包括智能溫度、氣體、壓力或接觸傳感器。標準UART接口簡化了使用MODBUS等工業(yè)協(xié)議進行設計的過程。對于住宅和建筑/基礎設施應用，L14可用于電池供電的空氣質量、運動、火災/煙霧、照明或漏水傳感器。

基于EdgeLock安全機制的信息安全

MCX L集成了一系列硬件工具，構建了強大的安全框架。恩智浦EdgeLock安全機制能夠滿足各種工業(yè)、建筑/基礎設施和住宅應用的安全需求。

MCX L ROM包含用于實現(xiàn)安全配置工作流程的工具，包括集成于ROM中的安全引導加載程序功能、用于加速加密和簽名檢查的加密加速器、真隨機數生成器、物理/邏輯TrustZone軟件隔離、基于一次性可編程 (OTP) 熔絲和內置安全密鑰的設備生命周期管理。

這些安全功能和MCUXpresso安全工具可幫助開發(fā)人員滿足當前和未來的合規(guī)要求。網絡安全法規(guī)正在逐步實施，以確保物聯(lián)網設備達到最低安全標準。歐盟的《網絡彈性法案》(CRA)將于2025年啟動，并在2027年全面實施，以獲取CE標志。美國的CTM (NIST 8425) 于2024年啟動，目前為自愿性要求，但未來可能會變?yōu)閺娭菩浴?/p>

MCUXpresso開發(fā)人員體驗

MCX產品組合的核心是MCUXpresso Developer Experience。MCUXpresso提供內核軟件開發(fā)套件 (SDK)、集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 以及配置工具。MCX L的SDK包括低級外設驅動程序、配置實用工具和無線協(xié)議支持。

MCX L非常適合裸機應用，但同樣支持RTOS。FreeRTOS示例將在SDK中提供，并在未來支持Zephyr。

作為MCUXpresso Developer Experience的一部分，恩智浦提供低成本FRDM開發(fā)板。這些開發(fā)板包括一個板載編程器/調試器，通過Arduino和mikroBUS連接器實現(xiàn)快速原型制作，并通過擴展板中心提供附加板。

FRDM開發(fā)板

另一個與MCX L SDK和擴展板中心相配合的開發(fā)資源是應用代碼中心 (ACH)。ACH庫中有高級軟件示例、代碼片段和演示。這些示例與SDK配對，可以直接從恩智浦的MCUXpresso IDE或通過ACH Web界面進行訪問。

MCX L最初將提供兩種硬件設計設備包：

■ LQFP100 14x14x1.4mm，0.5mm間距

■ VFBGA184 9x9x1mm，0.5mm間距

長期供貨對于工業(yè)應用至關重要，MCX L系列將包含在恩智浦產品長期供貨計劃中。

總結與展望

MCX L14和L25是MCX產品組合的最新成員。MCX L專注于超低功耗、始終在線的應用，通過恩智浦專有的ADVC技術實現(xiàn)出色的功率特性。

新一代MCX L雙核架構比以前的MCX器件功耗低3倍，可延長智能傳感器節(jié)點、流量計和其它由電池供電的工業(yè)和物聯(lián)網設備的續(xù)航能力。

本文作者：Eli Hughes是恩智浦專業(yè)支持工程師，為客戶提供恩智浦微控制器和應用處理器系列硬件設計和固件方面的支持。除了支持工作，他還創(chuàng)作了一些技術內容，展示了恩智浦產品在實際真實場景中的應用。他借鑒了自己在賓夕法尼亞州立大學應用研究實驗室的過往經驗，在那里他參與了嵌入式系統(tǒng)、傳感器、機器人、水下航行器和空間科學等領域的研究和開發(fā)。他也曾在賓夕法尼亞州立大學的電氣工程系教授過微控制器、FPGA和電路理論等課程。在業(yè)余時間，Eli喜歡彈吉他和玩木工。